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PLC在车床数控化改造中的应用

时间:2010-05-21 10:28来源:中华模具网 作者: 点击:
1 引言 PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛,但在普通车床数控化改造中,用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善,这将是一种发展趋势。本文对此加以讨论。 2 车床的PLC数控系统控制原理设计 2.1 车床的操作要求 车床一

1 引言

PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛,但在普通车床数控化改造中,用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善,这将是一种发展趋势。本文对此加以讨论。

2 车床的PLC数控系统控制原理设计

2.1 车床的操作要求

车床一般加工回转表面、螺纹等。 要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换;并且能进行单步操作。

2.2 PLC数控系统需解决的问题

车床的操作过程比较复杂,而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作,必须解决三个问题:

 图1 数控系统原理图

1)如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;

2)如何改变进给系统速度;

3)车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。

将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合,这些问题是可以解决的。

2.3 数控系统的控制原理

普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点,伺服元件采用步进电机,实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取0.01mm,X向脉冲当量取0.005mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生,通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生,通过与门电路接入PLC输入端,经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。

3 PLC输入、输出(I/O)点数确定

所设计的车床操作为:起点总停、Z、X向快进、工进、快退;刀架正、反转;手动、自动、单步、车螺纹转换。因此,输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示(以三菱F1S-30MT)为例。


      图2 I/O连接图

4 驱动程序(梯形图)设计

4.1 总程序结构设计

手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若合上X12(X13、X14、X15断开),其常闭断开,执行手动程序;若X12断开,X13全上,程序跳过手动程序,指针到P0处,执行自动程序。


     图3 总程序框图

4.2 手动程序梯形图设计

手动程序、自动程序需根据具体零件设计,这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。


    图4 Z向手动程序梯形图

在执行手动程序状态下,按X0,Y1接通,作好起动准备。按X2,辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合,产生频率为103/2i的脉冲信号(i为计时时间,根据需要设定,单位为ms),驱动Z向快进。当按下X3时(M0断开),M1接通,M1与定时器T32组合使Y2产生频率为103/2j的脉冲(j>i),由Y2输出,实现工进。按下X4时,M0、Y3同时接通,电机快速反转,实现快退。限于篇幅,其它程序梯形图略。

5 结束语

数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展,但高精度数控机床价格昂贵,而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件,这就需要精度一般的数控车床加工。
同时,我国现有大量可用的普通车床,对这些车床进行数控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是Z80、8031芯片作数控系统的核心部件,它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统,有成本低、系统简单、调整方便等优点,必将会得到广泛应用。

参考文献

[1] 廖常初。PLC基础及应用。北京:机械工业出版社,2003

[2] 熊幸明,王新辉。基于PLC的二工位组合机床控制系统设计。组合机床与自动化加工技术,2004

 

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